Pin xe điện biết "tự chữa bệnh": Gấp đôi tuổi thọ, giảm hẳn nỗi lo "chai pin"

Hầu hết xe điện ngày nay đều sử dụng pin lithium-ion, tương tự như pin điện thoại nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều. Một bộ pin xe điện chứa hàng chục kilogram kim loại quý như lithium, niken, đồng và phải có tuổi thọ hơn một thập kỷ, tương đương với vòng đời dự kiến của một chiếc xe.

Các nhà khoa học châu Âu đang nghiên cứu và phát triển loại pin không chỉ bền hơn mà còn có khả năng tự sửa chữa. Dự án có tên Phoenix, một sáng kiến được Liên minh Châu Âu tài trợ. 

Johannes Ziegler, nhà khoa học vật liệu tại Viện Nghiên cứu Silicate Fraunhofer ISC (Đức), cho biết, mục tiêu của dự án là phát triển các loại pin có khả năng tự sửa chữa, qua đó kéo dài tuổi thọ, tăng cường an toàn và giảm thiểu sự phụ thuộc vào các loại kim loại mới cho pin.

Năm 2023, EU đã đưa 34 loại vật liệu vào danh sách nguyên liệu thô quan trọng, trong đó có các kim loại pin chủ chốt như lithium, niken, đồng và coban. Việc giảm bớt sự phụ thuộc vào chúng là một ưu tiên hàng đầu. 

Bất kỳ ai sở hữu điện thoại thông minh đều biết rõ sự suy giảm tuổi thọ pin chỉ sau vài năm sử dụng. Vấn đề tương tự cũng xảy ra với xe điện, nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều, do sự xuống cấp của các thành phần pin khi trải qua chu kỳ sạc/xả liên tục.

Để khắc phục điều này, các nhà khoa học từ Bỉ, Đức, Ý, Tây Ban Nha và Thụy Sĩ đang hợp tác phát triển các cảm biến tiên tiến có khả năng phát hiện những thay đổi bên trong pin lithium-ion khi bị lão hóa và kích hoạt cơ chế tự phục hồi của pin nếu cần thiết. Mục tiêu tham vọng là tăng gấp đôi tuổi thọ của pin và kéo dài vòng đời của xe điện.

Hiện hệ thống quản lý pin (BMS) của xe điện chủ yếu giám sát điện áp và nhiệt độ để đảm bảo an toàn. Yves Stauffer, một kỹ sư tại Trung tâm Điện tử và Vi công nghệ Thụy Sĩ (CSEM), cho biết, Phoenix tích hợp các cảm biến và cơ chế kích hoạt tinh vi hơn. Một số cảm biến phát hiện sự nở của pin, số khác tạo bản đồ nhiệt, một số sẽ theo dõi các loại khí nguy hiểm như hydro hoặc carbon monoxide. Tất cả sẽ tạo thành một hệ thống cảnh báo sớm toàn diện về sức khỏe của pin.

Khi "bộ não" của pin nhận định cần sửa chữa, quá trình phục hồi sẽ được kích hoạt. Điều này có thể bao gồm việc ép pin trở lại hình dạng ban đầu hoặc áp dụng nhiệt cục bộ để kích hoạt các cơ chế tự sửa chữa bên trong. 

Một phương pháp tự phục hồi khác đang được nghiên cứu là sử dụng từ trường để phá vỡ các dendrite, cấu trúc kim loại phân nhánh hình thành trên điện cực pin trong quá trình sạc, vốn có thể gây đoản mạch và hỏng hóc.

Ngoài ra, Phoenix còn hướng tới việc tăng tầm hoạt động của xe điện và giảm kích thước của bộ pin. 

Tháng 3/2025, một loạt nguyên mẫu cảm biến và cơ chế kích hoạt mới đã được phát triển và chuyển đến các đối tác để thử nghiệm trên các tế bào pin dạng túi - loại pin lithium-ion linh hoạt, nhẹ và phẳng.

Tuy nhiên, việc tích hợp thêm nhiều cảm biến vào pin sẽ làm tăng chi phí. Nhóm nghiên cứu đang tập trung vào việc xác định những công nghệ nào mang lại lợi ích đủ lớn phù hợp với xe điện.

Theo các chuyên gia, những tiến bộ này hứa hẹn sẽ giúp xe điện trong tương lai có tuổi thọ cao hơn, di chuyển xa hơn với pin an toàn hơn, nhỏ gọn hơn và ít tốn tài nguyên hơn. Việc kéo dài tuổi thọ pin cũng sẽ góp phần giảm lượng khí thải carbon của xe điện, mang lại lợi ích kép cho cả người tiêu dùng và môi trường.